[發明專利]一種化敏電阻器型氣體傳感器及其操作方法

有效

• 申請號: 201610130312.3
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN105784787B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: A·高登;沈昌炫;P·梅尼尼;F·盧貝
• 申請（專利權）人: 阿爾法莫斯公司;國家科研中心
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;李棟修

本發明涉及一種化敏電阻器型氣體傳感器及其操作方法。所述化敏電阻器型氣體傳感器包含：氣體敏感性層，和紫外光源，所述紫外光源能夠操作用來使所述氣體敏感性層暴露至紫外光脈沖。所述氣體傳感器還包含設置單元，所述設置單元被配置為，根據所述氣體敏感性層上吸附的目標氣體物質，控制所述紫外光源施加的紫外光脈沖的占空比或時長。

本申請是分案申請，其原申請的國際申請號為PCT/EP2012/060922，中國國家申請號為201280036721.7，申請日為2012年6月8日，發明名稱為“具有多單元層構造的化敏電阻器型氣體傳感器”。

技術領域

本發明涉及氣體傳感器領域，更具體而言，涉及化敏電阻器型氣體傳感器。

背景技術

氣體傳感器用于許多應用，尤其是需要檢測或識別特定氣體的情形以及需要確定氣體混合物組成的情形。在本文中，除非語境需要，否則術語“氣體”用來指代某一氣體物質(species)以及不同氣態物質的混合物，通用術語“表征”用來指代識別或檢測特定氣體的方法和確定氣體組成的方法。應理解的是，本文中提及“氣體樣品”通常包括提及提供至氣體傳感器的任何氣體(不管是離散樣品還是使傳感器暴露至環境氣態介質)。

已經使用不同的傳感技術開發傳感器，包括化敏電阻器型氣體傳感器，如基于半導體金屬氧化物的那些傳感器。圖1是說明半導體金屬氧化物型氣體傳感器1的基礎結構的截面示意圖。

如圖1所示，半導體金屬氧化物型氣體傳感器1具有由半導體金屬氧化物制成的傳感層2，其設置在基體4支承的絕緣層3上。當傳感器1暴露至氣體時，氣體顆粒G可以吸附在傳感層2的表面上，可以發生氧化-還原反應，導致傳感層2的阻抗(電導、電容、電感或這些參數中的多個)變化。這種阻抗變化使用與傳感層2接觸設置的一對測量電極5進行測量。通常通過以下方式進行測量：在測量電極之間施加電勢差，并監測傳感層表現出的阻抗如何變化。測量電極所產生的信號波形為與傳感層2反應的氣體所特有，通常，由感興趣的氣體產生的波形在分析未知氣體樣品之前的講授階段學習。

通常，需要將傳感層2加熱至相對較高的溫度(特別是250℃以上，取決于形成傳感層的材料和要檢測的氣體物質)，以觀察有用的吸附現象。因此，這種類型的常見氣體傳感器還包括加熱器6和溫度傳感器(圖1中未示出)。在已進行測量后，激活加熱器6來將活性層加熱至高溫，即高于通常的運行溫度以引發吸附顆粒的脫附，由此清潔傳感器1并用于隨后的測量。

本領域的一個目標是能夠構建微型傳感器，也就是小型化氣體傳感器，特別是足夠小至能夠集成至日常用具(如移動電話、面罩或智能玩具等)的那些傳感器。要求微型傳感器應當具有足夠高的性能，即微型傳感器應當能夠快速地且以足夠高的準確度檢測目標氣體，和/或確定氣體混合物的組成。

半導體金屬氧化物氣體傳感器由于可實施為微型傳感器而吸引了特別關注，因為半導體金屬氧化物氣體傳感器可利用集成電路制造領域中已知的技術而建造為小型化形式。

近年來，已經開發出具有“微熱板”結構的半導體金屬氧化物型氣體傳感器。圖2(a)是說明具有微熱板結構的半導體金屬氧化物型氣體傳感器10的常見結構的截面示意圖。從圖2(a)可以看出，傳感器10的基體14具有鏤空部17，從而使傳感層12不再位于與基體14的厚部對準的位置。因此，用于加熱傳感層12的加熱器16僅需加熱較少量的材料(包括相對較薄的支承膜M)，這減少了氣體傳感器消耗的能量，還能夠使傳感層2的溫度快速升高(由此降低進行測量所需的時間，也降低清潔傳感層所需的時間)。此外，這種快速加熱還對形成傳感層的材料造成較少損害。

圖2(b)和圖2(c)示出了具有兩種不同類型的微熱板構造的傳感器。